aktuelle Möglichkeiten der thermischen Förderung
Montagestandort
Als Montageort für die Kollektoren wird in der Regel ein Dach herangezogen. Jedes Dach mit einer Ausrichtung zwischen Südosten und Südwesten und einer Neigung von 20 bis 60 Grad ist solartechnisch nutzbar.
Flachdächer sind ideal nutzbar, da die Kollektoren Richtung Sonne ausgerichtet werden können.
Bei der optimalen Ausrichtung einer Solaranlage zeigt die Kollektorfläche nach Süden, der Neigungswinkel liegt zwischen 30 und 45 ° abweichend von der Horizontalen. Abweichungen nach Südwest/Südost bis zu 50 ° führen bei thermischen Solaranlagen aber kaum zu Ertragseinbussen. Ertragseinbussen aufgrund einer von Süden abweichenden Installation können in beiden Fällen über eine Erhöhung der Kollektorfläche ausgeglichen werden. Die Neigung, mit der die Solaranlage auf dem Dach oder an der Fassade installiert wird, spielt für den Ertrag eine wesentlich grössere Rolle. Im Jahresmittel ergibt sich für thermische Anlagen ein optimaler Neigungswinkel von ca. 45 °.
der veraltete Flach-Kollektor
Bei diesem Kollektortyp ist der Absorber in einem flachen, wärmegedämmten Gehäuse untergebracht, das mit einer Glasplatte verschlossen wurde. Flachkollektoren sind nicht evakuiert, so dass Wärmeverluste durch den Transport von Luft entstehen. Ihre Produktion ist deutlich einfacher als die der leistungsfähigeren Vakuum-Röhrenkollektoren.
In Europa findet sich hauptsächlich nur die Produktion von Flachkollektoren. Da die effizient der Flach-Kollektoren nicht überwältigend ist, ist auch der Verkauf und Absatz nicht gross genug um auf Stückzahlen zu kommen die eine kostengünstige Produktion ermöglichen würden.
Vakuumröhrenkollektor
Bei dieser Bauform befindet sich der Absorber in einem luftleeren (evakuierten) Glasrohr, wodurch die Energieverluste im Vergleich zum Flach-Kollektor weiter reduziert und Temperaturen bis 200° Grad Celsius erreicht werden können.
Wegen des hohen Wirkungsgrades arbeiten Vakuum-Kollektoren auch bei leicht bedecktem Himmel und besonders im Winter (bei kalten Umgebungstemperaturen bis in die minus Grade) besonders effizient.
Vakuumröhren kennen Sie vielleicht aus modernen Thermosflaschen. Man füllt heissen Kaffee ein und er bleibt während langer Zeit wegen der vollkommenen Isolierung eines Vakuums heiss. Einziger Verlustpunkt dabei ist der Verschluss, durch die Vakuumkanne selbst geht keine Wärme verloren.
Das gleiche Prinzip wird angewendet um die Wärme in den Kollektoren einzubehalten.
Flachkollektoren besitzen eine „Isolation“ aus Luft welche erhebliche mengen Wärme wieder durch das Glas nach aussen abgibt. Besonders in kalten Jahreszeiten und bei geringer Sonneneinstrahlung, also kleiner Hitzeeinwirkung, muss dabei auch die Isolation mit erwärmt werden und dabei gibt diese auch ungewollt immer noch Wärme ab.
Beim Vakuum-Röhrenkollektor ist dies nicht so. Direkt wird das Medium erwärmt und das Vakuum als Isolation muss nicht erwärmt werden und gibt keine Wärme ab.
Wir unterscheiden zwei verschiedene Sorten von Vakuum-Röhrenkollektoren:
Vakuumröhrenkollektor
Heatpipesystem
Heat-Pipe-Technology
Hierbei wird über ein getrenntes System die Wärme in dem einzelnen Vakuumrohr gesammelt und nach dem Gesetz der Thermodynamik nach oben getragen.
Am Ende der Heap-Pipe ist ein Kondensator wo die Wärme und den Wasserkreislauf abgegeben wird.
Dieses System kann einzeln und sehr kompakt transportiert werden. Rahmen, Gehäuse teile und Vakuumröhren sind jeweils separat.
Vakuumröhrenkollektor
U-Pipesystem
U-Pipe-Technology
Hier wird der Wasserkreislauf direkt in einem U-förmigen Bogen direkt durch die Vakuumröhre geschlossen.
Nachteil dabei ist, dass alles zusammen eine vorgebaute Komponente bildet (ausgenommen die Vakuumglasröhren welche erst auf dem Dach montiert werden)
Vorteil ist ein gering besserer Wirkungsgrad und eine Montagemöglichkeit Seitlich.
Diesen Kollektortyp ist seitlich montierbar, Kopfüber wenn es sein muss oder wenn es die Gegebenheiten erzwingen auch ganz flach.
Vakuumröhrenkollektor
Ab ungefähr 40 Grad Celsius Temperaturunterschied zwischen Kollektor und Aussentemperatur (Umgebungsluft) ist der Punkt erreicht, an dem die Flachkollektoren nur noch einen Wirkungsrad von rund 50% besitzen. Vakuum-Röhren-Kollektoren sind dabei noch rund 50% besser als besagte Flach-Kollektoren (bringen also 75% der Wärmeleistung, das ist 1/4 mehr als ein Vergleichsflächen-Kollektor).
Von 20° bis 50° Grad Celsius benötigen die Vakuum-Röhren-Kollektoren erheblich weniger Sonneneinstrahlung um dieselbe Leistung zu erbringen wie ein Flach-Kollektor unter 100% Sonneneinstrahlung.
An warmen, sonnigen Tagen ist die Leistung des Vakuum-Röhren-Kollektors der des flachen Kollektors gleich. Aber sie übertrifft in zunehmendem Masse den Flach-Kollektor wenn die Aussentemperatur an Leistung abnimmt oder das Lichtniveau sich durch Bewölkung verringert.
Vergleich
Das Diagramm zeigt, wie gut die Vakuum-Röhren-Kollektors an den kalten Tagen im Gegensatz zu Flachkollektoren arbeiten. Die Aussentemperatur kann viel niedriger sein als die Temperatur der Warmwasserproduktion.
Handhabung
Eine andere nette Tatsache über die Vakuum-Röhren-Kollektoren ist die Mühelosigkeit der Installation. Sie müssen lediglich mit einer gewissen Sorgfalt installiert werden, erfordern aber keinen Spezialkran oder dergleichen um das System auf das Dach zu befördern.
Ein Eigenheimbesitzer kann das System in Eigenleistung montieren und einen Installateur einsparen. Auch ein Faktor welcher in die Kosten-Nutzenrechnung eingerechnet werden sollte.
Kühlerkreislauf
Kühlerelemente
Beinahe völlig unbekannt ist der nötige Einsatz eines Kühlkreislaufes in einer richtig dimensionierten Solaranlage.
Ebenfalls nötig bei der Verwendung von Sanipex als Rohrsystem.
Verursacht durch hohe Preise der einzelnen Kollektoren wird zumeist zu wenig Kollektorfläche installiert. Eine Kontrolle der verwendeten Zusatzenergie in Form von Strom, Gas oder Öl findet meist nicht statt. Somit ist auch eine effiziente Kontrolle der Einsparungen nicht möglich.
Einsparungen werden dennoch erzielt und der Besitzer der Solaranlage ist zufrieden. Jedoch können noch weit mehr Energiekosten eingespart werden mit zusätzlichen Kollektoren.
Der Einsatz von mehr Kollektorfläche erzeugt in einer sehr warmen Phase zu viel Energie. Dies kann auch während den Ferien sein, wo kein Warmwasser aus dem Speicher bezogen wird.
Die Steuerung schaltet bei ca. 95° C Speichertemperatur ab, um eine Überhitzung zu verhindern. Die Temperatur im Kollektor kann nun stark steigen, bis über 180° C. Bei Verwendung von Stahlrohren als Leitungssystem besteht keine Gefahr, lediglich wird ein gewisser Anteil des Kreislaufmediums verdampft und über das Sicherheitsventil abgeblasen.
Nach einer bestimmten Menge Verdampfung und einer folgenden Kaltphase (Nacht) muss Kollektorkreislaufwasser nachgefüllt werden.
Mit einem Kühlkreislauf kann vorhandene überschüssiger Wärmenergie abgeführt werden. Damit ist auch ein Einsatz von Sanipex als Rohrsystem möglich, da Temperaturen über 90° C nicht erreicht werden.
Durch niedrige Temperaturen wird sämtliches Material geschont und der Betreiber hat ein gut funktionierendes System über Jahre.
Alternativ zu einem Kühlreislauf kann die Energie auch in eine Schwimmbadheizung oder in das Heizungssystem abgeführt werden.